Khóa luận tốt nghiệp: Tổng hợp 2,3- bis(phenylethynyl)quinoxaline từ 2,3-dichloroquinoxaline bằng phản ứng Sonogashira sử dụng xúc tác nano Palladium(0)

- B ẰNG PHẢN ỨNG SONOGASHIRA SỬ DỤNG XÚC TÁC NANO Pd (0).
- 1.1 GI ỚI THIỆU VỀ PHẢN ỨNG SONOGASHIRA.
- 1.1.1 Sơ lược về phản ứng Sonogashira.
- 1.1.2 Chu trình xúc tác c ủa phản ứng Sonogashira.
- 1.1.3 Điều kiện phản ứng.
- 1.2 GI ỚI THIỆU VỀ XÚC TÁC PALLADIUM TRONG PHẢN ỨNG SONOGASHIRA.
- 1.2.2 Xúc tác nano Pd.
- 2.2.3 Th ực hiện khảo sát các điều kiện tiến hành phản ứng.
- Sơ đồ 1 Phản ứng Sonogashira tổng quát...4.
- Sơ đồ 2 Chu trình xúc tác của phản ứng Sonogashira...5.
- Sơ đồ 4 Chu trình xúc tác nano Pd - cluster trong phản ứng Sonogashira……….8.
- Sơ đồ 9 Tổng hợp aryl acetylene bằng phản ứng Sonogashira với xúc tác không chứa kim lo ại chuyển tiếp Pd...16.
- Sơ đồ 11 Phản ứng ghép cặp Glaser tạo diphenyldiacetylene...20.
- Các hợp chất enediyne thường được tổng hợp bằng phản ứng Sonogashira..
- Trong phản ứng Sonogashira, với xúc tác palladium truyền thống phản ứng xảy ra trong điều kiện êm dịu, nhiều phản ứng có thể xảy ra ở nhiệt độ phòng.
- Tuy nhiên, xúc tác palladium trong sự hiện diện của muối CuI thường tạo ra sản phẩm phụ không mong muốn là dialkynylarene (ghép c ặp Glaser) [3] làm gi ảm hiệu suất của phản ứng chính và rất khó để loại bỏ được chúng.
- Triethylamine hay piperidine là các base được dùng trong phản ứng Sonogashira thường có mùi khó chịu và ảnh hưởng đến sức khỏe.
- Chính vì thế mà việc sử dụng xúc tác palladium không ligand, không muối CuX trong phản ứng Sonogashira được các nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâm..
- D ựa trên những cơ sở khoa học đó, chúng tôi đã thực hiện đề tài “T ổng hợp 2,3- bis(phenylethynyl)quinoxaline t ừ 2,3-dichloroquinoxaline bằng phản ứng Sonogashira s ử dụng xúc tác nano Palladium(0)” đồng thời ứng dụng kỹ thuật mới trong tổng hợp hữu cơ - kỹ thuật siêu âm để thực hiện phản ứng Sonogashira nhằm rút ngắn thời gian phản ứng và cải tiến hiệu suất của quá trình..
- T ổng hợp 2,3- bis(phenylethynyl)quinoxaline (DAPQ) từ 2,3-dichloroquinoxaline và phenyl acetylene b ằng phản ứng Sonogashira sử dụng xúc tác nano Pd(0) trên ch ất mang PEG, đồng thời khảo sát tìm ra điều kiện phản ứng tối ưu..
- 1 GIỚI THIỆU VỀ PHẢN ỨNG SONOGASHIRA.
- Ph ản ứng Sonogashira là một phản ứng ghép cặp của alkyne đầu mạch với vinyl hay aryl halide do Kenkichi Sonogashira và Nobue Hagihara đề xuất vào năm 1975 [8.
- Phản ứng Sonogashira là m ột trong những phản ứng ghép cặp quan trọng và hiệu quả nhất để hình thành liên k ết carbon - carbon (sp 2 - sp) trong t ổng hợp hữu cơ [3].
- Sơ đồ 1 Phản ứng Sonogashira tổng quát.
- NGUY ỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 5 1.1.2 Chu trình xúc tác của phản ứng Sonogashira.
- Sơ đồ 2 Chu trình xúc tác của phản ứng Sonogashira.
- Cơ chế của phản ứng Sonogashira gồm có ba bước chính [8].
- CuX) b ằng phản ứng chuyển kim lo ại, ngoài vai trò xúc tác của Pd, trong quá trình xảy ra phản ứng Sonogashira còn có thể có s ự hình thành hợp chất copper(I) acetylide cùng tham gia trong giai đoạn chuyển kim loại (chu k ỳ B).
- Ph ản ứng dễ xảy ra trong điều kiện có mặt của các nhóm thế khác nhau ở cả hai tác ch ất, phản ứng Sonogashira đã thật sự tạo điều kiện để tổng hợp nhiều dẫn xuất acetylene c ủa arene và heteroarene [9,10.
- NGUY ỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 6 trong t ổng hợp hữu cơ cũng không kém phần hiệu quả như phản ứng Stille với sự tham gia c ủa các dẫn xuất cơ kim Sn của acetylene [11,12] hay ph ản ứng Suzuki [13,14].
- Ph ức Pd(II) như (PPh 3 ) 2 PdCl 2 (bis(triphenylphosphine)palladium(II) chloride) được dùng làm nguồn nguyên liệu cung cấp Pd(0) do b ị khử bởi alkyne đầu mạch trong phản ứng trung gian.
- Trong khi đó sự hiện diện c ủa copper(I) halide đóng vai trò chuyển kim loại, phản ứng với alkyne đầu mạch tạo thành copper(I) acetylide - ho ạt động như một chất hoạt hóa của phản ứng ghép cặp..
- 2 GIỚI THIỆU VỀ XÚC TÁC PALLADIUM TRONG PHẢN ỨNG SONOGASHIRA.
- G ần đây, xúc tác nano Pd được ứng dụng để nghiên cứu phản ứng Heck [22.
- ph ản ứng Suzuki và phản ứng Sonogashira [25.
- được dùng làm xúc tác trên phản ứng Sonogashira.
- Kh ả năng phản ứng của nano Pd/PEG tương tự như hầu hết các nano Pd colloid khác.
- Hệ xúc tác nano Pd/PEG đã được sử d ụng cho phản ứng Heck hiệu quả .
- Sơ đồ 4 Chu trình xúc tác nano Pd - cluster trong phản ứng Sonogashira.
- Nó được sử dụng trong việc rửa, hàn plastic và ảnh hưởng đến khả năng phản ứng hóa học..
- Siêu âm ảnh hưởng lên các phản ứng thông qua s ự tạo bọt.
- NGUY ỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 13 Năng lượng siêu âm được cung cấp trực tiếp đến phản ứng thông qua thanh siêu âm được làm bằng hợp kim titanium.
- S ử dụng tác nhân thô hơn, độ sạch thấp hơn phản ứng vẫn xảy ra..
- Có th ể giảm bớt các bước phản ứng trung gian..
- Từ đó, siêu âm giúp làm gia tăng tốc độ của hầu hết các phản ứng hữu cơ [28.
- Trong th ời gian gần đây xúc tác nano Pd(0) trên các chất mang khác nhau được nghiên c ứu và ứng dụng nhiều vào phản ứng Sonogashira.
- NGUY ỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang T ổng hợp dẫn xuất aryl acetylene bằng xúc tác nano Pd(0)/PVP.
- Tác giả đã chỉ ra rằng các hạt nano Pd(0) trên ch ất mang PVP (kích thước hạt 7 nm) được tìm thấy trong vùng từ 0,5-5,0 %mol khi s ử dụng 1 %mol xúc tác nano Pd(0)/PVP thì phản ứng cho hiệu suất cao nhất 95%..
- Vì tính chất phân cực của PVP, phản ứng được thực hiện trong dung môi MeOH và EtOH đem lại hiệu quả cao nhất.
- Ngoài tính hi ệu quả, đơn giản và dễ thực hiện của phản ứng, xúc tác nano Pd(0) trên ch ất mang PVP có thể thu hồi và tái dụng sau 8 lần phản ứng mà không bị mất ho ạt tính..
- Phản ứng dưới sự h ỗ trợ của siêu âm đã diễn ra êm dịu ở nhiệt độ phòng.
- Khi th ực hiện phản ứng trong dung môi acetone kích thước hạt nano Pd(0) thu được từ 3-8 nm và phản ứng chuyển hóa tốt từ 15-90 phút.
- Còn khi thực hiện phản ứng trong chất lỏng ion kích thước hạt nano Pd(0) thu được từ 10-20 nm và phản ứng chuy ển hóa từ 2-3 giờ.
- Sau đó, chúng được dùng làm xúc tác cho phản ứng giữa phenylacetylene và 4-bromobenzonitrile.
- 1.6.1.4 T ổng hợp dẫn xuất aryl acetylene bằng phản ứng Sonogashira với xúc tác không ch ứa kim loại chuyển tiếp Pd.
- Năm 2003, Leadbeater và cộng sự [29] đã tổng hợp dẫn xuất aryl alkyne bằng phản ứng Sonogashira mà không có sự hiện diện của xúc tác kim loại chuyển tiếp Pd.
- Phản ứng được thực hiện trong môi trường nước dưới điều kiện vi sóng.
- Sơ đồ 9 Tổng hợp aryl acetylene bằng phản ứng Sonogashira với xúc tác không ch ứa kim loại chuyển tiếp Pd.
- NGUY ỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 17 2,3-dichloroquinoxaline b ằng phản ứng Sonogashira sử dụng kỹ thuật mới trong tổng hợp h ữu cơ là siêu âm, với xúc tác phức Pd(0) có sự hiện diện của muối CuI trong dung môi DMF x ảy ra ở nhiệt độ phòng, trong điều kiện không có không khí, (C 2 H 5 ) 3 N (triethylamine) được sử dụng như một base.
- Luo và cộng sự [12] đã chỉ ra rằng h ạt nano Pd(0)/PEG có độ bền cao (có thể bảo quản hàng tháng mà không bị mất hoạt tính) và có th ể tái sử dụng 6 lần trong phản ứng Heck..
- Tuy nhiên xúc tác phức palladium v ới ligand PPh 3 thường nhạy cảm với không khí và độ ẩm nên phản ứng phải được thực hiện trong môi trường khí N 2 .
- Để cải tiến những h ạn chế trên, chúng tôi chọn lựa giải pháp sử dụng xúc tác nano Pd(0) trên chất mang PEG dưới điều kiện siêu âm để tiến hành phản ứng..
- Sơ đồ 11 Phản ứng ghép cặp Glaser tạo diphenyldiacetylene.
- Như vậy, dựa vào các kết quả nghiên cứu trước đây chúng tôi chọn Sơ đồ 12 để t ổng hợp 2,3- bis(phenylethynyl)quinoxaline (DAPQ) t ừ nguồn nguyên liệu đầu 2,3-dichloroquinoxaline , xúc tác nano Pd(0) trên ch ất mang PEG, phản ứng được mô tả qua sơ đồ sau:.
- Phản ứng xảy ra không có s ự hiện diện của CuI nên tránh được sự ghép cặp Glaser tạo sản phẩm phụ dialkynylarene..
- Ứng dụng kỹ thuật mới trong tổng hợp hữu cơ cụ thể là kỹ thuật siêu âm để th ực hiện các phản ứng trong Sơ đồ 12 nh ằm nâng cao hiệu suất..
- 2.1.2.1 Theo dõi các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng.
- Phản ứng được thực hiện trong môi trường base, xúc tác là nano Pd(0) và dung môi DMF đã được x ử lý.
- Hỗn hợp phản ứng sau khi thực hiện xong được cô trong chân không để đuổi dung môi DMF.
- NGUY ỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 23 2.2.3 Thực hiện khảo sát các điều kiện tiến hành phản ứng.
- Để tiến hành khảo sát tỉ lệ mol tác chất và chất nền, cố định số mol chất nền 2,3-dichloro quinoxaline, môi trường base, biên độ siêu âm, thời gian phản ứng.
- Các thông số về số mol ch ất nền, thời gian phản ứng và điều kiện phản ứng được chọn như sau:.
- Th ời gian phản ứng là 4 giờ.
- Sau khi tìm ra được số mol tối ưu của phenyl acetylene, tiếp tục khảo sát để tìm ra môi trường base tốt nhất của phản ứng.
- Các thông số về chất nền, tác chất và điều kiện phản ứng được chọn như sau:.
- C ố định thời gian phản ứng là 4 giờ.
- C ố định hàm lượng nano Pd(0)/PEG là 2%mol - Thay đổi các chất tạo môi trường base cho phản ứng 2.2.3.3 Kh ảo sát biên độ siêu âm.
- Sau khi tìm được chất tạo môi trường base tốt nhất, tiếp tục khảo sát để tìm ra biên độ siêu âm tối ưu của phản ứng.
- Các thông số cho phản ứng được cụ thể như sau:.
- C ố định thời gian phản ứng là 4 giờ - C ố định môi trường base là K 2 CO 3.
- Khi cho xúc tác nano Pd(0)/PEG vào hỗn hợp, dung dịch phản ứng có màu nâu sau đó đen dần trên thanh siêu âm sau 2 phút.
- Sản phẩm phản ứng được theo dõi trên TLC..
- T ỷ lệ tạo thành giữa m-DAPQ và DAPQ được khảo sát v ới sự thay đổi các điều kiện phản ứng..
- 2.3.2.1 Kh ảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol giữa chất nền và tác chất đến hiệu suất c ủa phản ứng tổng hợp DAPQ.
- Điều kiện phản ứng được lựa chọn như sau:.
- 2.3.2.2 Kh ảo sát ảnh hưởng của chất tạo môi trường base đến hiệu suất của phản ứng t ổng hợp DAPQ.
- NGUY ỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang Kh ảo sát ảnh hưởng của biên độ siêu âm đến hiệu suất của phản ứng tổng hợp DAPQ.
- Th ời gian thực hiện phản ứng trên thanh siêu âm là 4 giờ..
- Như đã phân tích ở trên, khi dùng xúc tác nano Pd(0)/PEG, phản ứng xảy ra không có s ự tham gia của CuI nên không có sự tạo thành của diphenyldiacetylene lẫn vào s ản phẩm.
- Trong quá trình phản ứng dung d ịch sẽ chuyển từ màu xám sang màu đen, cho thấy có sự tạo thành của nano Pd(0)..
- NGUY ỄN THỊ HỒNG NHUNG Trang 39 Hình 13 T ổng hợp DAPQ bằng xúc tác nano Pd(0)/PEG thanh siêu âm.
- X ử lý sản phẩm sau phản ứng.
- Nhìn l ại mục tiêu đề tài “ t ổng hợp 2,3-bis(phenylethynyl)quinoxaline bằng phản ứng Sonogashira sử dụng xúc tác nano Palladium(0.
- Điều kiện thích hợp cho phản ứng là trên thanh siêu âm trong 4 giờ (thực hiện trên khu ấy từ 8 giờ nhưng vẫn chưa chuyển hóa thành DAPQ [34.
- Vi ệc khảo sát phản ứng Sonogashira sử dụng xúc tác nano Pd(0)/PEG ti ết kiệm xúc tác và môi trường base sử dụng không gây độc hại cho môi trường..
- Nghiên c ứu tổng hợp DAPQ b ằng xúc tác nano Pd(0) trên chất mang PEG dưới điều kiện vi sóng để rút ngắn thời gian phản ứng..
- Thu h ồi và sử dụng lại xúc tác nano Pd(0)/PEG để tái lặp lại cho phản ứng..
- Ứng dụng xúc tác nano Pd(0)/PEG để khảo sát phản ứng Sonogashira trên các tác nhân aryl alkyne có ch ứa nhóm đẩy và nhóm rút điện tử và khảo sát hoạt tính sinh học c ủa chúng..
- [33] Nguy ễn Thanh Quyên, luận văn T ổng hợp 2,3-bis(phenylethylnyl)quinoxaline b ằng phản ứng Sonogashira, 2011.
- 1,5-diphenyl-[1,2,3]triazolo pyrido[3,4-b]quinoxaline t ừ 2,3-dichloroquinoxaline b ằng phản ứng Sonogashira, 2012

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt